无线网络的搭建

1/1/2008来源:无线技术人气:7442

方案实施背景资料  随着计算机技术和网络技术的蓬勃发展,网络在各行各业中的应用越来越广。有线网络以其传输速度高,产品的品牌和数量众多,以及技术发展速度快等优点,占据了网络应用领域上相当大的市场份额。
然而,随着移动计算技术的日益普及和工业标准逐步为市场所采纳和接受,无线网络的应用领域正在不断地扩大。 
无线局域网的出现使人们不必再围着机器转,它采用以太网的帧格式,使用简单。无线局域网方便了用户访问网络数据,高吞吐量无线局域网可以实现11Mb/s的数据传输速率。
从网络角度来看,它涉及互联网和城域网(Metropolitan Area Network-MAN)、局域网(Local Area Network-LAN)及最近提出的“无线个域网” (Wireless Personal Area Network - WPAN)。在广域网(Wide Area Network-WAN)、城域网和局域网的层次结构中,WPAN的范围是最小的。
WPAN将取代线缆成为连接包括移动电话、笔记本个人电脑和掌上设备在内的各类用户个人设备的工具。WPAN可以随时随地地为用户实现设备间的无缝通讯,并使用户能够通过蜂窝电话、局域网或广域网的接入点联入网络。
家庭短距离无线联网方案
1.Bluetooth应用
通过Bluetooth(蓝牙)技术,你四周的电子设备将会通过无线的网络连接在一起。这些设备包括:桌上型电脑、笔记本电脑、打印机、手持设备、移动电话、传呼机和可携带的音乐设备等。想象一下在机场通过连接数据接入点无线地检查是否有E-mail,以及使用身后的打印机无线地打印文档,该是多么方便。
蓝牙技术是由爱立信、IBM、英特尔、诺基亚和东芝这五大公司于1998年5月联合推出的一项旨在实现网络中各类数据及语音设备(如PC、拨号网络、笔记本电脑、打印机、传真机、数码相机、移动电话、高品质耳机等)互连的计划,并为纪念第一个统一北欧语言的人Norse国王而命名为蓝牙。
该计划公布后,迅速得到了摩托罗拉、朗讯、康柏、西门子、高通、3Com、TDK等公司的广泛支持,并共同成立了蓝牙非凡爱好小组(Bluetooth SPecial Interest Group)来负责该项工作。
蓝牙收发信机采用跳频扩谱技术,在2.45 GHz ISM频带上以1600跳/s的速率进行跳频。依据各国的具体情况,以2.45 GHz为中心频率,最多可以得到79个1MHz带宽的信道。除采用跳频扩谱的低功率传输外,蓝牙还采用鉴权和加密等措施来提高通信的安全性。
蓝牙协议可以分为4层,即核心协议层、电缆替代协议层、电话控制协议层和采纳的其他协议层。
蓝牙的核心协议由基带、链路治理(LMP)、逻辑链路控制与适应协议(L2CAP)和业务搜寻协议(SDP)等四部分组成。从应用的角度看,射频、基带和LMP可以归为蓝牙的低层协议,它们对应用而言是十分透明的。
串行电缆仿真协议(RFCOMM)像SDP一样位于L2CAP之上,作为一个电缆替代(Cable Replacement)协议,它通过在蓝牙的基带上仿真RS-232的控制和数据信号,为那些将串行线用作传输机制的高级业务(如OBEX协议)提供传输能力。
电话控制协议包括电话控制规范二进制(TCSBIN)协议和一套电话控制命令(AT-commands)。其中,TCSBIN定义了在蓝牙设备间建立话音和数据呼叫所需的呼叫控制信令;AT-commands则是一套可在多使用模式下用于控制移动电话和调制解调器的命令。
电缆替代层、电话控制层和被采纳的其他协议层可归为应用专用(application-specific)协议。在蓝牙中,应用专用协议可以加在串行电缆仿真协议之上或直接加在L2CAP之上。
被采纳的其他协议有PPP、UDP/TCP/ip、OBEX、WAP、WAE、vCard、vCalendar等。 
2. HomeRF应用
无线局域网技术HomeRF,是专门为家庭用户设计的短距离无线联网方案。
它基于共享无线访问协议(shared Wireless access PRotocol,SWAP),可应用于家庭中的移动数据和语音设备与主机之间的通信。
符合SWAP规范的产品工作在2.4GHz频段,使用每秒50跳的跳频扩展频谱技术,通过家庭中的一台主机在移动数据和语音设备之间实现通信,既可以通过时分复用支持语音通信,又能通过载波监听多重访问/冲突避免协议提供数据通信服务。同时,HomeRF提供了与TCP/IP良好的集成,支持广播和48位IP地址。
按照SWAP规范,用户可以建立无线家庭网络,用户可在PC、PC增强无绳电话、手持式远程显示器等设备之间共享话音、数据和Internet连接;用手持显示装置在房间内和房间四周的任何地方访问Internet;在多台PC间共享文件、调制解调器、打印机等;向多个无绳手机、传真机和话音邮箱转发电话;使用小型PC增强无绳电话手机重复收听话音、传真和电子邮件;简单地使用PC增强无绳电话手机发出话音命令,来激活其他家用电子系统;可以玩PC或Internet上的多人游戏
美国联邦通信委员会(FCC)最近采取措施,答应下一代HomeRF无线通信网络传送最高速度提升到10Mb/s,这个速度是目前此种网络速度的5倍。这将使HomeRF的带宽与802.11家族中的竞争对手相一致,并且将使HomeRF更加适合在无线网络上传输音乐和视频信息。使用HomeRF共享无线访问协议(SWAP)2.0版本的产品的带宽将会得到扩大。 

无线局域网(WLAN)方案
在网络应用日益普及的今天,局域网作为一种通用的联网手段,得到了极为广泛的应用,其传输速率、网络性能不断提高。不过,它基本采用的是有线传输媒介,在许多不适宜布线的场合,受到很大程度的限制。另一方面,无线数据传输技术近年来不断获得突破,标准化进展也极为迅速,这使得局域网环境下的数据传输完全可以摆脱线缆的束缚。在此基础上,无线局域网开始崛起,越来越受到人们的重视。
1.无线局域网概念和工作原理
一般来讲,凡是采用无线传输媒体的计算机局域网都可称为无线局域网。这里的无线媒体可以是无线电波、红外线或激光。
无线局域网的基础还是传统的有线局域网,是有线局域网的扩展和替换。它只是在有线局域网的基础上通过无线HUB、无线访问节点(AP)、无线网桥、无线网卡等设备使无线通信得以实现。
2.无线局域网标准
实际上,无线局域网早在80年代就已经得到广泛应用,当时受到技术上的制约,通信速率只有860kb/s,工作在900MHz的频段。能够了解并享受它的好处的人少之又少。
到了90年代初,随着技术的进步,无线局域网的通信速率已经提高到1 ~2Mb/s,工作频段为2.4GHz,并开始向医疗、教育等多媒体应用领域延伸。
无线局域网的发展也引起国际标准化组织的关注,IEEE从1992年开始着手制订802.11标准,以推动无线局域网的发展。1997年,该标准获得通过,它大大促进了不同厂商产品之间的互操作性,并推进了已经萌芽的产业的发展。 

802.11标准仅限于物理(PHY)层和媒介访问控制(MAC)层。物理层对应于国际标准化组织的七层开放系统互连(OSI)模型的最低层,MAC层与OSI第二层的下层相对应,该层与逻辑链路控制(LLC)层构成了OSI的第二层。
标准实际规定了三种不同的物理层结构,用户可以从中选出一种,它们中的每一种都可以和相同的MAC层进行通信。802.11工作组的成员认为在物理层实现方面有多个选择是必要的,因为这可以使系统设计人员和集成人员根据特定应用的价格、 性能、 操作等方面的因素来选择一种更合适的技术。这些选择实际上非常类似,就像10BaseT, 10Base2及100BaseT等都在以太网领域取得了很大的成功一样。另外,企业局域网通常会使用有线以太网和无线节点混合的方式,它们在使用上没有区别。
近年来,无线局域网的速率有了本质的提高,新的IEEE802.11b标准支持11Mb/s高速数据传输。这为宽带无线应用提供了良好的平台。 
3.无线局域网传输方式
就传输方式而言,无线局域网可以分为两类:红外线系统和射频系统。前者的优点在于不受无线电的干扰;邻近区域无干扰;不受管制机构的政策限制;在视距范围内传输,监测和窃听困难,保密性好。不过,由于红外线传输对非透明物体的透过性极差,传输距离受限。
此外,它轻易受到日光、荧光灯等噪声干扰,并且只能进行半双工通信。所以,相比而言,射频系统的应用范围远远高于红外线系统。
采用射频方式传输数据,一般都需要引入扩频技术。在扩频系统中,信号所占用的带宽远大于所需发送信息的最小带宽,并采用了独立的扩展信号。扩频技术具有安全性高、抗干扰能力强和无需许可证等优点。目前,在全球范围内应用比较广泛的扩频技术有直接序列(DS)扩频技术和跳频(FH)扩频技术。
就频带利用来说,DS采用主动占有的方式,FH则是跳换频率去适应。在抗干扰方面,FH通过不同信道的跳跃避免干扰,丢失的数据包在下一跳重传。DS方式中数据从冗余位中得到保证,移动到相邻信道避免干扰。同DS方式相比,FH方式速度慢,最多只有2 ~3Mb/s。DS传输速率可以达到11Mb/s,这对多媒体应用来说非常有价值。从覆盖范围看,由于DS采用了处理增益技术,因此在相同的速率下比FH覆盖范围更大。不过,FH的优点在于抗多径干扰能力强。此外,它的可扩充性要优于DS。DS有3个独立、不重叠的信道,接入点限制为三个。FH在跳频不影响性能时最多可以有15个接入点。
新的无线局域网标准协议IEEE802.11b只支持DS方式,但是IEEE802.11对这两种技术都是推荐的。
应该说,FH和DS这两种扩频方式在不同的领域都拥有适合自身的应用环境,一般说来,在需要大范围覆盖时选DS,需要高数据吞吐量时选择DS,需要抗多径干扰强时选择FH。
4.无线局域网的常见拓扑形式
根据不同的应用环境,目前无线局域网采用的拓扑结构主要有网桥连接型、访问节点连接型、HUB接入型和无中心型四种。
(1)网桥连接型。该结构主要用于无线或有线局域网之间的互连。当两个局域网无法实现有线连接或使用有线连接存在困难时,可使用网桥连接型实现点对点的连接。在这种结构中局域网之间的通信是通过各自的无线网桥来实现的,无线网桥起到了网络路由选择和协议转换的作用。  
(2)访问节点连接型。这种结构采用移动蜂窝通信网接入方式,各移动站点间的通信是先通过就近的无线接收站(访问节点:AP)将信息接收下来,然后将收到的信息通过有线网传入到“移动交换中心”,再由移动交换中心传送到所有无线接收站上。这时在网络覆盖范围内的任何地方都可以接收到该信号,并可实现漫游通信。
(3)HUB接入型。在有线局域网中利用HUB可组建星型网络结构。同样也可利用无线HUB组建星型结构的无线局域网,其工作方式和有线星型结构很相似。但在无线局域网中一般要求无线HUB应具有简单的网内交换功能。
(4)无中心型结构。该结构的工作原理类似于有线对等网的工作方式。它要求网中任意两个站点间均能直接进行信息交换。每个站点既是工作站,也是服务器。
5. 无线局域网的优势
无线局域网在很多应用领域具有独特的优势:一是可移动性,它提供了不受线缆限制的应用,用户可以随时上网;二是轻易安装、无须布线,大大节约了建网时间;三是组网灵活,即插即用,网络治理人员可以迅速将其加入到现有网络中,并在某种环境下运行;四是成本低,非凡适合于变化频繁的工作场合。
此外,无线网络相对来说比较安全,无线网络通信以空气为介质,传输的信号可以跨越很宽的频段,而且与自然背景噪音十分的相似,这样一来,就使得窃听者用普通的方式难以偷听到数据。
“加密”也是无线网络必备的一环,能有效提高其安全性。所有无线网络都可加设安全密码,窃听者即使千方百计地接收到数据,若无密码,想打开信息系统亦无计可施。
6. 无线局域网应用环境
(1) 无线局域网的应用方向之一是增加电脑的移动性,让电脑更符合人性,例如在办公室内,企业经理们可以像使用室内无绳电话那样,随心所欲地使用联网的笔记本电脑。
(2) 在难于布线的室外环境下,无线局域网可充分发挥其高速率、组网灵活之优点。尤其在公共通信网不发达的状态下,无线局域网可作为区域网(覆盖范围几十公里)使用。
它的范围可以延伸到城市建筑群间通信;学校校园网络;工矿企业厂区自动化控制与治理网络;银行、金融证券城区网络;城市交通信息网络;矿山、水利、油田等区域网络;港口、码头、江河湖坝区网络;野外勘测、实验等流动网络;军事、公安流动网络等领域。
(3) 无线局域网与有线主干网构成了移动计算网络。
这种网络传输速率高、覆盖面大,是一种可传输多媒体信息的个人通信网络。这也是无线局域网的发展方向。

无线网络的应用实例
无线网络的应用前景广阔,许多国际上有实力的厂商都在开发这一块市场。目前世界上占主导地位的无线网络厂商有3Com公司、朗讯公司(Lucent)、思科公司等。下面,让我们来看一下各公司在无线网络方面的应用情况。
思科Aironet340系列是一个全面完整的产品家族,包括接入点,易安装的PC卡,PCI和ISA客户机适配器,以太网客户机程序,还有line-of-sight户外桥接器。客户端驱动程序支持包括Windows 95/98、 Windows NT 4.0、Windows 2000和 Novell NetWare等。Aironet 340系列接入点可以作为单机无线网络的中心点或无线与有线10/100以太网间的连接点。Aironet 340无线桥接器产品可在远达25英里的建筑之间提供点对点或单点对多点连接。对于没有扩展总线的以太网设备,思科提供以太网客户和多客户适配器,它可以支持多达四个MAC地址,用来支持使用便宜的以太网集线器的多以太网设备。作为Aironet 340系列的一部分,思科提供多种多样的天线、电缆线、和附件,这就使得满足客户要求的各种使用条件下非凡配置成为可能。
思科Aironet 340系列接入点由一个11Mb/s的局域网收发器组成,它的功能就象无线和有线网络之间的一座桥,或是一个单机无线网络的集线器。Aironet接入点为大企业和中小型商业客户提供灵活的配置、优异的治理性能和与其他IEEE802.11 b-compliant WLAN产品之间的互用性。利用自适应的10/100Mb/sRJ-45界面,Aironet340系列接入点提供对以太网和快以太网中枢的支持,这使得它很轻易整合到有线网络中枢中去。利用有无线功能的客户PC和Aironet接入点提供的思科发明的漫游功能,使用掌上电脑,笔记本和其他手持设备的用户就可以在校园环境内自由移动,同时能够和本地服务器和互联网保持无间断的连接。 

无线以太网桥思科Aironet 340系列为需要将视距从1000英尺到25英里内的分离器件连接起来的企业提供低成本、经济的11Mb/s连接。Aironet桥的安装,配置都很简便,并且可以提供点对点和单点对多点的连接能力。无线桥不受恶劣天气的影响,不要求政府的许可证。其他的特性还包括:支持IEEE 802.1d Spanning Tree协议,先进的诊断能力以简化发现修理故障的过程。
适应各种无线局域网(WLAN)应用的需要,思科系统公司提供了一系列经过FCC(联邦通讯委员会)认证的天线(包括特定方向以及无方向的天线)、低衰减电缆、连接部件以及其他附件。思科Aironet无线适配器提供了一个标准的天线,对于大多数11Mb/s的无线局域网来说已是足够了。为了通告传输范围,客户可以从众多选配的高增益天线中进行选择。
思科Aironet接入点天线与所有的思科Cisco RP-TNC接入点兼容。该天线拥有不同增益、传输范围、波段及外型型号。在接入点上上配置不同的天线能够覆盖不同的范围、通告数据传输的速率及可靠性。
思科Aironet无线网桥答应两座长距离的建筑物之间的数据传递。这些天线是对方向敏感的,适用与点对点的传输模式。对方向不敏感的天线适合于点到多点的传输类型。
3Com AirConnect无线局域网解决方案适用于任何希望轻松实现网络无缝扩展的单位—无论是将电脑系统放置在大厅里还是在整个园区移动,都不必担心连接中断或线缆敷设。它们可以提供诸如电子邮件、因特网/内部网连接、企业资源规划等至关重要的应用程序的无线访问。与其他无线局域网不同,AirConnect无线局域网解决方案可直接集成于现有的有线网络结构,实现有线局域网的无缝扩展。
大型企业可以以不同的方式使用这些解决方案,例如:在难于使用有线线路的地方获得网络访问;在会议室和公共场所提供网络访问;确保与分支办事处的连接;在不愿意使用线缆的地方提供网络接入;在饭店和会议中心设立临时网络。
对于小型企业来说,可选择使用AirConnect无线局域网解决方案替代昂贵的线缆安装,创建最适合他们的网络结构。
治理人员、学生、销售经理和其他任何需要在移动中进行研究和作出决定的人,现在可以自由工作而不必使用冗长单调的下载或传统的纸笔。
利用3Com AirConnect无线局域网解决方案,用户可以最高11Mb/s的速度发送和接收信息—比过去的无线局域网快5倍。该方案中的每个无线访问节点可同时支持多达63个无线客户机并在标准办公环境中提供300英尺(100m)的无线覆盖。利用多重无线访问节点和3Com产品的灵活特性,用户可以在其整个公司园区配置无线网络,以使得用户可随意漫游。为了确保可靠的连接,AirConnect支持动态速率转换和自动负载均衡。动态速率转换可调整无线连接速度以补偿无线电频率干扰,而自动负载均衡可作用于多重Access Point之间的无线通信,以优化网络性能。这两种特性可确保多个用户能以尽可能高的速率访问网络服务。
AirConnect无线局域网在11Mb/s、5.5Mb/s、2Mb/s和1Mb/s速率上,符合IEEE802.11和IEEE802.11b标准。同时,在1Mb/s和2Mb/s速率上,还向下兼容原来的802.11DS标准。 
AirConnect无线局域网解决方案还可以与现有的有线以太网相结合。AirConnect配有一套安装、治理和最终用户工具,可以很轻易地为用户的网络增加无线局域网的能力并降低总成本。作为北电网络的“一体化网络”方案的重要一员,Reunion宽带无线接入系统能够帮助传统和新兴的电信运营商采用最新的点对多点的技术在本地网竞争中居于领先地位。
Reunion可应用于许多现有和新开发的市场上,为企业用户、电子商务、家庭办公以及医疗和零售市场提供高容量、点对多点的宽带接入服务。
Reunion的安装部署迅速快捷,对环境与现有业务影响极小。Reunion 的另一个重要的优势在于其网络单元少,易于布置和治理,从而系统网络维护治理和运营成本远低于有线网络。Reunion基于开放的工业标准模块化和可扩展性的结构,确保按照客户需求增加业务和扩大服务范围。

结束语
随着人们对移动性需求的日益增长,无线网络的市场越来越大。据DataQuest 1998年作出的估计,1997 ~2002年间,移动电脑销售将增长19.5%,平均5台膝上电脑就有3台安装了无线PC适配卡。另据有关数据,从1999 ~2001年,全球范围内无线LAN市场的年均复合增长率达43%,从5.9亿美元增加到12亿美元。
即便无线网络扩张的速度很快,人们还是清醒地看到这样一个事实,无线网络并不是要取代现有的有线网络,它只是有线网络有益的补充形式。使用无线网的最终目标也不是消除有线设备,而是尽量减少线缆和断线时间,让有线与无线网络更好地配合,为人们生活和工作带来方便。
目前,由于相关的配套技术不足,无线网络传输速度还存在着一些局限。现在无线网络的带宽还比较局限,与有线局域网主干可达千兆还差得很远。与有线网络相比,无线网络的通信环境要受到更多的限制。由于电源限制、可用的频谱限制以及无线网络的移动性等特点,无线数据网络一般具有带宽少、延迟长、连接稳定性差、可用性很难猜测等特点。计算机系统在有线网络上一般可获得较佳的网络性能、传输速度及数据吞吐量。假如需要的是固定网点、稳定通信,有线网络是上佳选择。
随着搭建无线网络的成本持续下调,配套技术随之日渐完善,无线网络的覆盖范围又见突破,大大促进了无线网络通信的推广。除了大型企业之外,中、小型企业和家庭用户也开始逐渐熟悉到无线局域网带来的好处。 
尽管无线局域网有种种优点,但是PC厂商在出售无线LAN产品时多采取慎重态度。这是因为,在家庭里利用的无线联网方式,除了无线LAN外,还有一些其他方案。蓝牙主要用于在便携式信息设备之间以无线方式进行数据通信;HomeRF则用于PC同家电之间以无线方式进行数据通信。而无论蓝牙还是HomeRF,其最大传输速度都只有2Mb/s。此外,它们的传输距离都只有几十米,比无线LAN最多可达的100米要短。在钢筋混凝土这类能使电波明显衰减的使用环境里,蓝牙和HomeRF的传输距离甚至会缩短到只有几米。 
考虑到蓝牙和HomeRF较之无线局域网的不足之处,可以认为,它们很难取代无线LAN。需要指出的是,蓝牙和HomeRF在开发时就有其特定的用途,而不是为了取代无线LAN。所以,在家庭里它们将互相取长补短,得以并存。例如,PC之间和PC上网用无线LAN,移动电话同PC之间用蓝牙,PC同家电之间用 HomeRF。